上海麥克曼氣力輸送系統(tǒng)設(shè)備公司132m2和180m2燒結(jié)機于2013年6月投入運行。燒結(jié)系統(tǒng)分別設(shè)有機頭機尾電除塵器各一臺和配料系統(tǒng)布袋除塵器一臺。由于紅土鎳礦具有高水分、高結(jié)晶水、粒度細、雜質(zhì)多等特點，生產(chǎn)中各除塵器捕集的灰塵量遠多于普通鐵礦燒結(jié)。傳統(tǒng)工藝中，除塵灰都是通過汽車外運或直接通過膠帶運輸機返回到工藝系統(tǒng)重新參與配料。這么做，不僅二次揚塵大，混合料水分難以控制，影響生產(chǎn)，同時因除塵灰化學成分有異于原料，在一定程度也影響燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定。
我公司在總圖設(shè)計時，受工藝布局和場地限制，180m2燒結(jié)機機頭機尾除塵灰無法直接用傳統(tǒng)的運輸方式運送到工藝系統(tǒng)中，需倒運多次。而公司作為新建的新材料項目，積極響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的政策，非常重視清潔生產(chǎn)，必須嚴格控制無序排放和二次揚塵。基于上述原因，綜合考慮公司工藝布局上設(shè)有壓縮空氣氣源，而精煉和回轉(zhuǎn)窯噴吹等均為間斷用氣，存在氣源剩余空間，并且國內(nèi)已有采用氣力輸送除塵灰的成功經(jīng)驗[2，3]，因此，決定采用氣力輸送方式輸送燒結(jié)除塵灰。
2 燒結(jié)除塵灰的特性
根據(jù)燒結(jié)生產(chǎn)采用的原燃料不同，各廠除塵灰的化學成分有所差異，但共同點是煙氣量大，粉塵量和粉塵性質(zhì)波動大，易吸潮，粘結(jié)力強，堆密度在1100k／m3左右。通常，燒結(jié)機頭電除塵器煙塵濃度為1～6g／m3，溫度在80～180℃之間，煙氣濕度在15％左右，粉塵含堿金屬多，<5μm粒級占30％以上；機尾電除塵器煙塵濃度在15～25g／m3，溫度在80～130℃之間，粉塵中主要以鐵離子為主，粒徑在40μm左右；配料布袋除塵器煙塵濃度在10～15g／m3，溫度為常溫，粉塵主要以返礦和石灰粉末為主[4]。我廠紅土鎳礦燒結(jié)除塵灰的主要成分如表1，其中的Fe、CaO、MgO、Ni、Cr都有回收利用價值，棄之，不僅造成資源浪費，而且影響環(huán)境。
氣力輸送燒結(jié)除塵灰必須解決的技術(shù)問題有以下幾方面：其一，除塵灰易受潮堵管、灰中有雜物，流速快管道易磨損，必須解決上閥門易卡料，設(shè)備和管道易腐蝕等問題；其二，要考慮如何提高灰氣比，達到濃相輸送，在減少投資的同時盡可能降低運行費用；其三，操作上要簡單實用，維護方便，自動化控制程度高，設(shè)備選型是關(guān)鍵。
3 氣力輸灰系統(tǒng)設(shè)計及特點
3．1 設(shè)計依據(jù)
根據(jù)麥克曼氣流輸送公司對除塵器的設(shè)計，氣力輸灰系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，如表2。
3．2 氣力輸灰系統(tǒng)工藝流程
經(jīng)除塵器捕集的除塵灰由灰斗卸下，經(jīng)刮板輸送機送至中間料倉，再經(jīng)氣動閥進入倉泵，然后用壓縮空氣噴吹進入輸送管道，送至配料室18m平臺的132配料倉或者180配料倉。在除塵灰配料倉頂部的輸送管道上安裝有切換閥，可根據(jù)各灰倉的料位將灰送入任意一個倉中。各灰倉頂部還安裝了流量為80m3／min的布袋除塵器。配料倉中的除塵灰經(jīng)下部的螺旋秤進入燒結(jié)系統(tǒng)。其工藝流程如圖1所示。
3．3 設(shè)計說明
系統(tǒng)輸送設(shè)計灰氣比為15kg／kg，平均總耗氣量為52m3／min，瞬時最大耗氣量為80m3／min；系統(tǒng)儀控氣耗氣量為2m3／min。
3．3．1 機頭氣力輸灰系統(tǒng)
132和180機頭除塵灰各采用一臺下引式1．0m3倉泵，共用一根DN94→DN110輸送管道；除塵灰輸送量分別為4．35t／h和5．55t／h，倉泵的出料口徑均為DN94。每臺倉泵輸送耗氣量約為6m3／min，倉泵充滿系數(shù)為0．8，除塵灰堆密度為1100kg／m3。設(shè)計每個輸送循環(huán)為9min，其中輸送3．5min，進料及輔助時間為5．5min。
每倉裝灰量為：1．0×0．8×1．1=0．88t
每小時輸灰量為：0．88×1×60÷9=5．86t／h>5．55t／h>4．35t／h，滿足輸送要求。
3．3．2 機尾氣力輸灰系統(tǒng)
132機尾除塵灰采用一臺下引式3．0m3倉泵，與180機尾除塵灰輸送共用一根DN109→DN155輸送管道。132和180機尾靜電除塵灰每小時輸送量均為17．5t／h，倉泵的出料口徑為DN109。平均輸送耗氣量為18m3／min。倉泵充滿系數(shù)為0．8，除塵灰堆密度為1100kg／m3。設(shè)計每個輸送循環(huán)為8min，其中輸送4min，進料及輔助時間4min。
每倉裝灰重量為：3．0×0．8×1．1=2．6t
每小時輸送量為：2．6×60÷8=19．5t／h>17．5t／h，滿足輸送量要求。
3．3．3 配料氣力輸灰系統(tǒng)
配料布袋除塵器共有6個灰斗，每個灰斗下采用一臺下引式0．25m3倉泵，每排3個一組分成兩組交替輸送，共用一根DN94→DN110輸送管道輸送至配料室配料礦槽；每小時輸送量為5．2t／h，倉泵出料口徑為DN94。平均輸送耗氣量為4m3／min，倉泵充滿系數(shù)為0．8，除塵灰堆密度為1080kg／m3，輸送距離為150m。每組倉泵一個輸送循環(huán)為10min，其中輸送3min，進料、等待及輔助時間7min。
每倉裝灰重量為：0．25×0．8×1．08=0．22t
每組裝灰重量為：0．22×3=0．66t
兩組每小時輸送量為：0．66×2×60÷10=7．9t／h>5．2t／h，滿足輸送要求。
3．4 系統(tǒng)設(shè)計特點
1)輸灰系統(tǒng)自動化程度高，可遠程或就地操作，操作簡單。本系統(tǒng)集中控制室設(shè)在180機頭除塵器下，內(nèi)設(shè)有PLC控制柜及工作員站，可實現(xiàn)自動運行以及對氣源供氣設(shè)備、管路狀況、料倉設(shè)備的自動監(jiān)控。機頭、機尾及配料除塵各配置一臺現(xiàn)場控制操作箱，控制柜上有操作面板，可進行自動與手動轉(zhuǎn)換。控制箱內(nèi)有遠程接口，可將相關(guān)輸送參數(shù)及工作狀態(tài)傳輸?shù)郊锌刂剖摇?/p>
2)輸送系統(tǒng)具有一、二次進氣調(diào)節(jié)能力，能使系統(tǒng)在最佳用氣比及優(yōu)良的流化狀態(tài)下運行。采用孔板技術(shù)，具有主進氣、輔進氣、濃度調(diào)節(jié)進氣等多種調(diào)節(jié)手段，能確保輸送系統(tǒng)流化效果好，達到最優(yōu)輸送效果。
3)輸送系統(tǒng)設(shè)計料氣比為15kg／kg，管道內(nèi)物料流速較低，對設(shè)備的磨損相對較小，同時采用壁厚大于7mm的20#鋼無縫鋼管，耐磨彎頭采用內(nèi)襯陶瓷大曲率半徑彎頭。
4)采取倒抽式排堵方式，排堵速度快，只需將料氣混合物通過排堵閥及管道引出，使輸送管內(nèi)壓緊密實的物料松動后，即可實現(xiàn)重新輸送。排堵管道上的排堵閥處于常閉狀態(tài)，當輸送管內(nèi)壓力達到預警值并持續(xù)一定時間后，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，提示操作人員采取手動排堵或自動排堵。機頭排堵管接入機頭電除塵器的入口，其余接入灰斗。
5)儀表選用具有以下特點：①氣力輸送系統(tǒng)的氣動閥門全部由安裝在電磁閥箱內(nèi)的電磁閥控制，電磁閥箱采取防塵措施。②限位開關(guān)采用磁環(huán)感應(yīng)式，信號準確，現(xiàn)場可直接觀察，確保閥門到位，不漏氣，不漏灰。③輸送系統(tǒng)每臺倉式泵上都裝有料位計，根據(jù)料位信號可知倉泵內(nèi)除塵灰是否裝滿；每個中間倉也安裝了料位計，以便及時控制下料量。采用泵料位控制與時間控制相結(jié)合，避免了料位計失效影響生產(chǎn)的情況。④輸送進氣管道上和每根輸灰管道上都安裝了壓力變送器，可根據(jù)壓力大小進行輸送運行或停止。
6)倉泵系統(tǒng)的特點：每個倉泵上方都安裝了手動檢修閥，出口處安裝了輸送補氣器，可調(diào)節(jié)輸送物料的濃度，保證系統(tǒng)安全運行。現(xiàn)場還安裝了輸送用氣儲氣罐和控制用氣儲氣罐，用于穩(wěn)定氣源和為輸粉系統(tǒng)提供控制用氣。
7)接受倉的特點：每根輸灰管道在接收倉頂可根據(jù)需要通過切換閥將除塵灰送入相應(yīng)的接收倉中。3臺終端卸灰箱分別安裝在接收倉倉頂，管道輸送來的除塵灰通過終端卸灰箱送入接收倉。接受倉倉頂還設(shè)有布袋除塵器，兩個料倉相互聯(lián)通，便于氣流理順。
4 氣力輸灰系統(tǒng)的工作程序和運行效果
4．1 系統(tǒng)工作程序
第一階段：裝料階段。倉泵的排氣閥及進料閥打開，物料通過進料閥從灰倉進入倉泵。倉泵裝滿后稱重傳感器發(fā)出料滿信號；關(guān)閉倉泵進料閥、排氣閥。
第二階段：氣化階段。裝料完成后，打開出料閥、主輸送進氣閥及流化進氣閥。壓縮空氣進入倉泵，使倉泵內(nèi)的物料氣化，具有很好的流動性。
第三階段：輸送階段。氣化到一定程度后，呈流態(tài)化的物料自動噴入輸灰管。在此階段，壓縮空氣一直從進氣閥源源不斷地供入倉泵，直到倉泵內(nèi)所有的除塵灰全部卸出。
第四階段：吹掃階段。當輸灰管中的除塵灰全部到達灰倉時，輸灰管內(nèi)壓力降低。通過壓力變送器可測出灰管壓力降低，也能通過稱重傳感器計量出倉泵內(nèi)除塵灰已輸送完畢。在經(jīng)過數(shù)秒鐘的空氣吹掃后，進氣閥關(guān)閉，出料閥關(guān)閉，進料閥打開，排氣閥打開，開始下一輪循環(huán)。
4．2 系統(tǒng)運行效果
除塵灰氣力輸灰系統(tǒng)自2011年3月投運以來，取得了良好效果，灰氣比高于設(shè)計，使輸送效率增高，雖然也出現(xiàn)過故障停機，但都沒有造成燒結(jié)系統(tǒng)停機。系統(tǒng)運行參數(shù)及指標如表3所示。
從運行情況來看，取得了以下效果：
(1)氣力輸灰系統(tǒng)運行維護費用低。倉泵安裝維修方便、簡單，一般無故障；主要閥門、儀表等配套設(shè)備采用標準件，廠內(nèi)具有互換性；輸灰壓力低，料氣混合物在管道內(nèi)的流速低，對管道及相關(guān)設(shè)備磨損小；采用厚壁無縫管道，無磨漏，使得燒結(jié)生產(chǎn)線不受到輸灰故障影響。
(2)管道布置合理，不妨礙其它設(shè)備檢修；輸送系統(tǒng)放灰控制合理，除塵灰落入中間倉無冒灰現(xiàn)象，管道運行過程處于全密封狀態(tài)，無二次揚塵，達到了環(huán)保要求。
(3)燒結(jié)配料采用除塵灰單配后，下料比較穩(wěn)定、準確，混合料加水穩(wěn)定，促進了燒結(jié)過程穩(wěn)定受控，為燒結(jié)礦質(zhì)量改善起到了關(guān)鍵作用。
(4)通過控制進料時間和吹掃時間，利用接受倉的負壓控制，實際運行時灰氣比達22kg／kg，使得運行費用降低，每天間斷運行累計時間不到12小時。
(5)使用氣力輸灰系統(tǒng)改善了工人的勞動環(huán)境，穩(wěn)定了職工隊伍。
5 經(jīng)濟效益對比
除塵灰氣力輸送系統(tǒng)運行一年多以來，平均每分鐘耗氣量約為45m3，壓縮空氣成本約0．03元／m3，小時費用在72元左右，年作業(yè)率70％，運行費用約49萬元。若采用機械運輸，設(shè)計功率合計約120kWh，電價0．6元／kWh，年作業(yè)率50％，年運行費用約32萬元；若采用汽車運輸，日除塵灰量約為600t，每噸運輸費用約3元，一年約64．8萬元。
維修費用方面，氣力輸送系統(tǒng)的年維修費不到3萬元；機械運輸系統(tǒng)一年易損備件更換和維修費用在8萬元左右。
人工費用方面，氣力輸送因為實現(xiàn)了自動集中控制，定員5人；機械輸送需要8人，年節(jié)省工資9萬元以上。
綜合以上幾項，氣力輸送系統(tǒng)年總費用約67萬元，機械輸送年費用約64萬元，二者相差不大。但我公司采用的壓縮空氣是與其它用戶點交錯使用，使得運行費用實際降低很多，而勞動力減少、粉塵回收率提高、燒結(jié)礦質(zhì)量改善所產(chǎn)生的效益是巨大的。
6 有待改進的問題
1)輸送系統(tǒng)灰氣比還比較低，應(yīng)研究如何提高，進一步降低運行費用。
2)機頭除塵灰溫度變化大易受潮、埋刮板輸送機冒灰、除塵灰板結(jié)等問題易造成堵管，需加強輸送過程堵漏風、漏雨，并針對除塵灰的特性進一步研究防堵措施。
3)除塵灰中時常混有垃圾、小鐵屑等雜物，建議從源頭控制。
4)中間灰倉即使經(jīng)過流化處理，仍存在下料不暢問題，需進一步研究改進。
5)配料礦槽料位顯示不太準確，需要人工探料位，建議選用更合適的料位計。
6)倉泵輸送灰量與配料螺旋秤計量數(shù)據(jù)誤差較大，倉泵灰量計量準確性還有待改進。
7 結(jié)束語
我廠除塵灰氣力輸送系統(tǒng)和燒結(jié)主體工程同步建設(shè)，投運后取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，但也存在著一些問題，有待改進和完善。下一步，我們將尋求提高灰氣比的突破口，實現(xiàn)濃相輸送；在設(shè)備上，改進縮短倉泵進料時間，使系統(tǒng)運行時間進一步縮短，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。
氣力輸送系統(tǒng)與其他運輸方式比較，投資相當，運行費用相差不大，但其具有設(shè)備簡單、維修費用低、占地面積小、工藝布局靈活、自動化程度高、運行安全環(huán)保等優(yōu)點，更能保證燒結(jié)除塵灰的精確配料，改善燒結(jié)礦質(zhì)量。實踐證明，氣力輸送燒結(jié)除塵灰更符合現(xiàn)代工業(yè)清潔生產(chǎn)的要求。氣力輸送系統(tǒng)設(shè)備故障維護對策
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